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Auf dieser Homepage erhalten Sie alle Informationen rund um das Projekt "Zeitanalyse für den Laufsport"

Kurzbeschreibung

Deutsch Kernthema dieser Diplomarbeit ist die Analyse eines 100-Meter-Sprintes. Diese Analyse wurde entwickelt, um die Auswertung eines Sprinttrainings zu erleichtern. Seit dem Schuljahr 2020/21 gibt es an der HTL Mössingerstraße in der Abteilung Elektrotechnik einen neuen Ausbildungsschwerpunkt: „Sports Engineering“.
Durch die Verbindung der Elektrotechnik mit dem Sport kamen wir auf die Idee, auch in diese Richtung unsere Diplomarbeit zu gestalten. Wir beide sind aktive Sportler in unterschiedlichen Vereinen (Florian Schuller/Fußball – Sebastian Donesch/American Football), und eine Sprintanalyse ist immer wieder ein wichtiger Teil unseres Trainings.
Durch eigene Erfahrungen in mehreren Berufspraktika mit professioneller Zeitnehmung, z.B.: für den „Ironman“ 2019 und dem „Glocknerchallange“ 2019, kamen wir schnell zum Entschluss, die defekte Zeitanlage der HTL Mössingerstraße zu erneuern und professioneller aufzubereiten. Im Vordergrund stand das Ziel, die defekte Zeitanlage zu erneuern, um damit den Schülerinnen und Schülern der HTL, vor allem auch für die neuen „Sports-Engineering“-Klassen, eine moderne Sprintanalyse zu ermöglichen.
Die Ausgabe der Zeitanalyse soll in Kombination mit einer selbstprogrammierten App erfolgen. In dieser wird die Geschwindigkeitskennlinie und die Beschleunigungslinie der Athletin/des Athleten in den ersten 40 Metern dargestellt. Die Zeitpunkte für die Auswertung sollen mit Hilfe von Lichtschranken aufgenommen und mit funkfähigen Microcontrollern weiterversendet werden. Für die Lichtschranken wurden aus ITEM-Aluminium-Profilen einzelne Stative konstruiert und gebaut. Die robuste Bauweise schützt sowohl die Lichtschranken als auch die Elektronik vor Wettereinflüssen.
Um mit der Zeitanalyse-Anlage energieautark zu sein, wurde ein spezielles Akkuhalterungssystem entwickelt. Dies ermöglicht ein Training an jedem beliebigen Standort. Für die Zeitnehmung werden eigene GPS-Module verwendet, wobei durch diese nur ein Outdoortraining möglich ist, jedoch ermöglichen diese eine exakte Zeitmessung.
Um der Athletin/dem Athleten eine möglichst realistische Wettkampfsituation zu ermöglichen, verfügt die Startstation auch über eine Startschuss-Simulation. Über einen Lautsprecher wird der „Startschuss“ für die Athleten hörbar.

Unser Projekt wird bearbeitet und erstellt an der HTL Mössingerstraße

Dieses Projekt wird gemeinsam mit zwei Kooperationsfirmen durchgeführt:

English The core topic of this diploma thesis is the analysis of a 100-meter sprint. This analysis was developed to facilitate the evaluation of a sprint training. Since 2020/21 there has been a new focus in education in the electrical engineering department at HTL Mössingerstraße: "Sports Engineering".
By combining electrical engineering with sport, we came up with the idea of designing our diploma thesis in this specific area. We are both active athletes in different clubs (Florian Schuller / Soccer - Sebastian Donesch / American Football), and a sprint analysis is always an important part of our training.
Through our own experience in several internships with professional timekeeping, e.g. for the "Ironman" 2019 and the "Glocknerchallange" 2019, we quickly came to the decision to renew the defective time system of the HTL Mössingerstraße and prepare it more professionally. The focus was on the goal of replacing the defective timing system in order to enable the students of the HTL, especially for the new "Sports Engineering" classes, to carry out a modern sprint analysis.
The time analysis should be output in combination with a self-programmed app. The app shows the speed curve and the acceleration line of the athlete in the first 40 meters. The times for the evaluation should be recorded with the help of light barriers and forwarded with radio-capable microcontrollers. Individual tripods were designed and built from ITEM aluminum profiles for the light barriers. The robust construction protects both the light barriers and the electronics from the weather.
In order to be energy self-sufficient with the time analysis system, a special battery holder system was developed. This enables training at any location. Separate GPS modules are used for timekeeping, which only allow outdoor training. However, the GPS modules enable exact time measurement.
In order to give the athlete the most realistic possible competition situation, the starting station also has a starting gun simulation. The athletes can hear the “starting shot” over a loudspeaker.

Details der Hardware- und Software-Komponenten

Hier finden Sie eine Übersicht und Beschreibung unseres Programmierkonzepts und den ensprechenden Bildern der Hardware.


Hardware

Zeitanalyse-System

Unser System besteht aus sechs Zeitmessungsstationen. Jede der Stationen ist mit einem ESP-Microcontroller, GPS-Modul, Akku, einer Reflexions-Lichtschranke und Kleinteilen ausgestattet.
Die Stationen sind in bestimmten Abständen zueinander positioniert: Am Start, nach 10, 20, 30, 40 und 100 Metern befindet sich jeweils eine Station.
Die einzelnen Bauteile sind mittels selbstkonstruierten Platinen elektrisch miteinander verbunden. Die Platine befindet sich in einem 3D-gedrucktem Gehäuse, wo sie vor Staub und Wasser geschützt sind.
Für die Spannungsversorgung wurde eine spezielles und einzigartiges System aus wiederaufladbaren Akkus entwickelt.
Die Lichtschranken, Gehäuse und Spannungsversorgungen sind gemeinsam auf selbstkonstruierten Stativen aus Aluminium-Profilen montiert.

Hardware

ESP-8266 - Microcontroller

Neben den Lichtschranken sind die ESP-8266 - Microcontroller die wichtigsten Komponenten der Hardware. Diese Microcontroller besitzen die Fähigkeit ein lokales Netzwerk zu erstellen.
Weitere ESPs können sich mit diesem Netzwerk verbinden und untereinander Daten per WLan austauschen. In unserer Zeitnehmungsanlage erstellt die 40m-Station das lokale Netzwerk für die anderen Stationen, somit ist sie der Accsses-Point. Die Stationen Start, 10m, 20m, 30m und Ziel verbinden sich mit dem Access-Point und können in diesem Netzwerk die Daten über eine Distanz von 100m problemlos austauschen. Das Tablet muss sich für den Datenempfang ebenfalls in einem lokalen Netzwerk mit mindestens einem ESP befinden.
Um diesen Prozess zu erleichtern wurde eine weitere Funktion der ESPs verwendet.
Die Microcontroller können gleichzitig in einem lokalen Netzwerk verbunden sein und eine seperates, neues lookales Netzwerk erstellen. Genau das macht die Ziel-Station. Sie befindet sich einerseits in dem Netzwerk mit den anderen Stationen, andererseits erstellt sie ein Netzwerk nur für sich und das Tablet.
Diese Methode erleichtert den Datenaustausch zwischen Tablet und Ziel-Station.

Software

Arduino - Flutter

Die Software bei unserem Projekt basiert auf zwei verschieden Haupt-Programmen. Das erste beinhaltet die Funktionen für den Datenaustausch zwischen den Microcontroller. Durch ausgewählte Funktionen können die Microcontroller lokale Netzwerke erstellen und die Daten per WLan austauschen. Das Programm der Microcontroller wurde in der Umgebung von Arduino programmiert.
Das zweite Haupt-Programm ist die selbstprogrammierte App. Ein Tablet mit der App befindet sich in dem lokalen Netzwerk der Microcontroller und kann die Daten empfangen. Die App wurde in der Programmierumgebung VS-Code mit der Programmiersprache Dart geschireben und ist für die Ausgabe der gesammelten Werte zuständig.

Software

Auswertung der App

Die Auswertung der Sprintdaten übernimmt die App. Die Microcontroller senden an die App eine einzige Nachricht mit allen gesammelten Zeiten. Die App teilt diese Nachricht in die einzelnen Zeiten auf, berechnet die Differenzen jeder einzelnen Station und bildet diese Werte dann anschließend ohne Verzögerung am Bildschirm ab. Zusätzlich wird mit den Zeiten eine Geschwindigkeitsfunktion des Sprints erstellt und graphisch dargestellt.

Das Team rund ums Projekt

Um einen Überblick über das Projekt-Team zu erschaffen, sind hier die mitwirkenden Personen.

Florian Schuller

Projektleiter, Zeitnehmungsanlage, Lichtschrankenentwicklung, Microcontroller-Programmierung, Abstandssystem, Homepage, Dokumentation

florian.schuller@htl-klu.at

Sebastian Donesch

App-Programmierung, Benutzeroberfläche erstellen, Montagesystem, Dokumentation

sebastian.donesch@htl-klu.at

FH-Prof. Dipl.-Ing. Dr. Helmut Wöllik

Beratende Unterstützung, Fachhochschule Kärnten

h.woellik@fh-kaernten.at

Prof. Dipl.-Ing. Markus Waldner

Hauptbetreuer

markus.waldner@htl-klu.at

Mag. Walter Reichel

Finazielle Unterstützung, Olympiazentrum

walter.reichel@ktn.gv.at